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Vorrichtung zur Regelung der Induktivität einer Hochfrequenzspule
Die Erfindung behandelt eine Vorrichtung zur Regelung der Induktivität einer Hochfrequenzspule
durch Regelung des Stromes eines ihr zugeordneten Elektromagneten.
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Ein solches sogenanntes Magnetvariometer wird z. B. in Abstimmkreisen
von Rundfunkgeräten verwendet. Bei der Regelung des Stromes des Elektromagneten
treten für einen bestimmten Stromwert verschiedene Werte der Induktivität der Hochfrequenzspule
auf, je nachdem, ob man sich auf der Magnetisierungskennlinie von einem niederen
zu einem höheren Wert oder von einem höheren zu einem niedrigeren Wert bewegt. Dies
ist durch die Hysterese des Eisens bedingt. Um diese nicht eindeutigen Induktivitätswerte
zu vermeiden, kann man nur auf einem Ast der Magnetisierungskennlinie arbeiten,
indem man den Strom nur in einer Richtung regelt.
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Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, eine Regelung auf einem Ast
dadurch zu erreichen, daß man je--,veils nur Werte bei steigendem Strom einstellt.
Will man einen Wert, der einem niedrigeren Strom entspricht, erreichen, muß man
zuerst zum Nullpunkt zurückkehren und kann dann erst den gewünschten Wert einstellen.
Bei dieser Regelung auf einem Ast vom Nullpunkt aus ist jedoch die Empfindlichkeit
der Regelung sehr gering, da sich dort die Induktivität der im Kreis des Elektromagneten
liegenden Spule mit steigender Feldstärke nur gering ändert.
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Unabhängig hiervon ist es bekanntgeworden, neben dem von dem Regelstrom
durchflossenen Elektromagneten einen mit ihm in Reihe geschalteten Permanentmagneten
oder einen weiteren, aber von konstantem Strom durchflossenen Elektromagneten vorzusehen,
wobei es offenblieb, ob die Polaritäten des Regelmagneten und des Festmagneten vorteilhaft
gleich oder entgegengesetzt zu richten sind..
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Weiterhin ist eine ähnliche Anordnung ohne festen Zusatzmagneten,
also nur mit einem regelnden Elektromagneten, bekanntgeworden, bei der der Strom
durch den Elektromagneten, bevor er geändert werden kann, zunächst unterbrochen
wird. Nach jeder Unterbrechung steigt dann der Strom von Null auf einen stufenweise
einstellbaren Wert an.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung der Induktivität einer
Spule durch Regelung des Stromes eines ihr zugeordneten Elektromagneten, bei dem
die Regelung von einem durch eine dauernde konstante Vormagnetisierung auf der Magnetisierkennlinie
eingestellten Festpunkt aus vorgenommen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der
steilste Teil der Magnetisierungskenulinie entgegen der Vermagnetisieru:ng durch
den in bekannter Weise von Null ansteigenden Strom des Elektromagneten durchlaufen
wird und die Regelung des Stromes des Elektromagneten, wie bekannt, nur im Sinne
steigenden Stromes erfolgt.
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Erfindungsgemäß wird also zunächst vorgeschlagen, im steilsten Teil
der Magnetisierungskennlinie zu arbeiten. Dazu wird vorgeschlagen, durch eine dauernde
konstante Vormagnetisierung einen Festpunkt der Magnetisierungskennlinie dort einzustellen,
wo, vom \Tullpunkt aus gesehen, der steilste Teil der Magnetisierungskennknie endet.
Eine Gerade durch den Punkt der Magnetisierungskennlinie, der der Feldstärke Null
entspricht, tangiert die Magnetisierungskenn,linie in diesem Festpunkt. Wird jetzt
der Elektromagnet im entgegengesetzten Sinne zur Vormagnetisierung geregelt, so
wird der steilste Teil der Magnefiisierungskenn:linie durchlaufen. Um nun auf einem
Ast eindeutig arbeiten zu können, ist das Erreichen eines bereits durchlaufenen
Punktes nur dann möglich, wenn der Strom unterbrochen wird, so daß zuerst der durch
die Vo.rmagnetisierung gegebene Festpunkt überstrichen werden muß.
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An Hand der Fig. 1 sei diese Wirkungsweise näher erklärt. Der Kurvenzug
a stellt die Abhängigkeit der Induktivität L der zu regelnden Hochfrequenzspule
von der steigenden Erregerfeldstärke H dar. Es ist daraus ersichtlich, daß durch
Steigerung der Feldstärke von Null an im ersten Teil des Kurvenzuges a die Induktiv
ität nur wenig geändert wird. Um jedoch das Arbeiten im steilsten Teil der Magnetisierungskennlinie
durchführen zu können, wird durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Dauermagneten
mit der Feldstärke HD der Punkt Po als Festpunkt eingestellt, dem der Wert Lman
der Induktivität der Hochfrequenzspule entspricht. Der zur Regelung der Induktiv
ität der Hochfrequenzspule dienende Elektromagnet mit seiner durch den regelbaren
Strom erzeugten Feldstärke HE wirkt dem Dauermagneten
entgegen.
Durch Steigerung des Stromes des Elektromagneten von Null an wird- der gestrichelte
Kurvenzug bin Pfeilrichtung durchlaufen. Bei steigendem. Strom des Elektromagneten
wird somit der Punkt P2 überstrichen, und man gelangt zum Punkt P1. Somit ist eine
Regelung im steilsten Teil der Magnetisie-:rungskennlinie in einer Richtung möglich.
Soll nun rückläufig vom Punkt P1 der Punkt P2 erreicht werden, so ist dies nach
der erfindungsgemäßen Anordnung nur möglich, wenn zuerst der Festpunkt Po überstrichen
worden ist. Dies geschieht durch Abschalten des Stromes des Elektromagneten. Dabei
wird der strichpunktierte Kurvenzug c durchlaufen. Erst nachdem der Festpunkt Po
erreicht ist und der Strom, dem die Feldstärke H_r2 entspricht, eingestellt ist,
wird nach Durchlaufen des Kurvenzuges b der Punkt P2 erreicht.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann die dauernde konstante Vormagnetisierung
z. B. durch einen Permanentmagneten erreicht werden. Dieser Permanentmagnet kann
in den Kreis des Elektromagneten gelegt werden, was einer Reihenschaltung entspricht.
Bei einer möglichen Ausführungsform nach Fig. 2 ist zwischen die beiden Schenkel
1 und 2 des Elektromagneten der Permanentmagnet als ein Joch eingefügt. Zwischen
den konischen Nasen4und5 an den Schenkeln des Elektromagneten 1 und 2 ist die zu
regelnde Hochfrequenzspule 6 angebracht. Die Regelung des Elektromagneten erfolgt
durch die auf dem Schenkel 2 des Elektromagneten aufgebrachte Spule 7. Das durch
den Strom in der Spule erzeugte Feld ist dem Dauermagneten 3 entgegengesetzt. Den
Strom für die Spule 7 liefert die Stromquelle B. Die stufenlose Regelung erfolgt
durch den Regler 9, der z. B. als Drehwiderstand ausgeführt sein kann. Die beim
Regeln im gegenläufigen Sinn notwendige Abschaltung des Erregerstromes erfolgt durch
den Schalter 10.
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Die Vormagnetisierung kann auch, wie bei einer anderen Anordnung bekannt,
durch einen zum Elektromagneten parallel geschalteten Permanentmagneten erfolgen,
wie dies beispielsweise in Fig. 3 ausgeführt ist. Zwischen den Fortsätzen 14 und
15 des U-förmigen Elektromagneten 11 ist die zu regelnde Hochfrequenzspule 16 angeordnet.
Parallel zum Elektroinagneten liegt der Dauermagnet 13, der hier als gebogener Stab
ausgeführt ist, wodurch die sich zwischen I@Tordpo1 und Südpol schließenden Kraftlinien
fast völlig die Spule 16 durchsetzen. Das Feld des Elektromagneten 11 wird durch
die Spule 17 erzeugt, die von der Stromquelle 18 gespeist wird. Der Regelwiderstand
19 ist hier als Schiebewiderstand ausgeführt. Zur Abschaltung dient der Schalter
20. Selbstverständlich kann die Vormagnetisierung auch durch einen Elektromagneten
mit konstantem dauerndem Erregerfeld erzeugt werden.
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Zum Abschalten des Stromes in dem Fall, daß die Regelung im gegenläufigen
Sinne erfolgen soll, ist eine Vorrichtung vorgesehen, wie sie beispielsweise in
Fig. 4 aufgezeichnet ist und die in einer verwandten Ausführung bei einer Vorrichtung
zum Arbeiten auf nur einem Ast einer Hysteresesch.leife bekannt ist. Die Einstellwelle
21 trägt einen Drehknopf 22, ein Sperrrad 23, den verstellbaren-Abgriff 24 des Regelwiderstandes
25 sowie ein Schnurrad 26, das mit einer Anzeigevorrichtung in Verbindung steht.
In die sägezahnartig ausgebildeten Zähne des Sperrades 23 greift eine Sperrklinke
27 ein, die in einer Halterung 28 horizontal verschiebbar angeordnet ist. Diese
Sperrklinke 27 ist zumindest in ihrem rechten Teil in vertikaler Richtung federnd
ausgebildet. Der Zapfen 29 auf der Sperrklinke 27 ist mit einer Feder 30 verbunden,
die die Sperrklinke nach rechts zu ziehen sucht. Die Sperrklinke 27 hat an dem dem
Sperrad gegenüberliegenden Ende eine T-förmige Kontaktplatte 31, die die Kontakte
32 und 33 miteinander verbinden kann. Wird bei Betätigung des Drehknopfes 22 die
Einstellwelle im Uhrzeigersinn, d. h. in eingezeichneter Pfeilrichtung bewegt, so
wird durch den verstellbaren Abgriff 24 die Kontaktbahn des Regelwiderstandes 25
überstrichen, wodurch der Widerstand im Erregerstromkreis verringert und der Strom
des Elektromagneten vergrößert wird. Durch ihre vertikale Federung wird die Sperrklinke
27 von einem zum anderen Zahn des Sperrades 23 springen. Dabei hält die Feder 23
die Sperrklinke 27 so weit nach rechts, daß die Kontakte 32 und 33 durch die Kontaktplatte
31 miteinander verbunden sind. Es erfolgt also eine Regelung auf dem Kurvenzug b
nach Fig: 1 vom Punkt Po zum Punkt P1. Will man jetzt den Punkt P2 nach der Fig.
1 erreichen, und bestätigt den Abstimmknopf 22 der Anordnung nach Fig.4 entgegen
dein Uhrzeigersinn, so wird infolge der sägezahnartigen Ausbildung der Zähne des
Sperrades 21 die Sperrklinke 27 nach links geschoben, wobei die Kontaktplatte 31
die Verbindung zu den Kontakten 32 und 33 aufhebt. Damit ist der von der Strmquelle
34 für die Erregerspule 35 gelieferte Strom ausgeschaltet, und es wird nun der Kurvenzug
c nach der Fig. 1 bis zum Punkt P. durchlaufen. Ist durch den Abstimmknopf 22 in
Fig. 4 der gewünschte Punkt P2 nach Fig. 1 eingestellt, der z. B. durch eine Anzeigevorrichtung,
die mit dem Schnurrad 26 verbunden ist, angezeigt wird, so wird die Sperrklinke
27 durch die Feder 20 nach rechts gezogen, wobei die Kontaktplatte 31 die Verbindung
zwischen den Kontakten 32 und 33 wiederherstellt. Nach dem Einschalten des Stromes
wird nun der Kurvenzug b nach der Fig. 1 bis zum Punkt P2 durchlaufen, der dem gewünschten
Induktivitätswert entspricht.
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Bei der oben beschriebenen Sperrvorrichtung ist entsprechend der Breite
der Zähne des Sperrades e ein gewisses Spiel vorhanden. Die Abschaltung des Elektromagneten
beim Betätigen der Einstellwelle entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt nicht plötzlich,
sondern maximal nach dem Überstreichen einer Zahnbreite. Damit ergibt sich zwar
eine geringe Abweichung von dem gewünschten Einstellwert. Jedoch ist dies für die
Feinabstimmung meist nicht wesentlich, wenn dadurch auf der anderen Seite beim Feinregulieren
nicht jeweils der Stromkreis unterbrochen werden muß. Sind jedoch ganz exakte Einstellwerte
erforderlich, so wird man das Sperrad und die Sperrklinkenanordnung durch eine Vorrichtung
ersetzen, wie sie in Fig. 5 angegeben ist. Auf die Einstellwelle 41 wird ein I\Tockenrad
42 unter Einfügung einer Rutschkupplung 43 aufgesetzt. Die Haftfestigkeit der Rutschkupplung
muß so eingestellt sein, da.ß beim Anschlag des Nockens des Nockenrades 42 die Einstellwelle
41 noch leicht betätigt werden kann. Wird die Einstellwelle im Uhrzeigersinn betätigt,
so schließt der Nocken .des Nockenrades 42 den Kontakt 44. Der Elektromagnet steht
somit unter Spannung. Wird die Einstellwelle entgegen dem Uhrzeigersinn betätigt,
so wird der Nocken des Nockenrades 42 nach unten bis zum Anschlag 45 bewegt und
der Kontakt 44 geöffnet. Es wird der durch die Vormagnetisierung gegebene Festpunkt
überstrichen. Beim Betätigen der Einstellwelle im Uhrzeigersinn wird wieder der
Kontakt 44 geschlossen. Die Feder 46 hebt die federnde Wirkurig
des
Kontaktes auf, um ein selbsttätiges Öffnen des Kontaktes beim Stillstand der Einstellwelle
41 zu vermeiden. Das durch diese Vorrichtung gegebene Spiel ist nur abhängig von
dem notwendigen Abstand der beiden Kontaktlamellen beim geöffneten Stromkreis. Dieses
Spiel ist praktisch zu vernachlässigen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist also eine eindeutige Abhängigkeit
der Induktivität einer Hochfrequenzspule von dem Strom des Elektromagneten im steilsten
Teil der Magnetis.ierungskennlinie gegeben. Es wird der Kurvenzug b nach der Fig.
1 immer in angegebener Pfeilrichtung durchlaufen, und es entspricht somit jedem
Wert des Stromes des Elektromagneten ein Wert der Induktivität der Hochfrequenzspule.